数 値 シ ミュ レー シ ョンを用 いた大 阪湾 へ の都 市排 熱 放 出 の影 響評 価
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(2) 1347. 数値 シ ミュ レー シ ョ ンを用 いた大 阪湾 へ の都市排 熱放 出の影響 評価. 図‑2. 図‑3. 大 阪及 び神 戸 にお ける潮位 の比 較(実 線:計 算結 果,. 臨 海 エ リ ア の 設 定(d=500m,1000mの. 例). 点 線:天 文 潮位) 表‑1. 建 物用 途分 類 の整理. 川 の4河 川 の流 入 に つ いて 考 慮 した.河 川 流 量 は平 成10 〜12年 に お け る6〜8月 の 平 均 の 値 を 用 い ,流 速 と水 温 の 鉛 直 分 布 は 鉛 直20層. に均 等 分 割 して 与 え た.. (5) 海面 で の 熱 収 支 湾 内 の 熱 移 動 に つ い て は,水 温 を ス カ ラ ー量 と し,3 次 の風 上 差 分 を 用 い て移 流 拡 散 さ せ た.日 射 に つ い て は 緯 度 か ら月平 均 短 波 放 射量 を 与 え,こ れ に 日変 動 を考 慮 した(Niemelaら,2001).表. 層 での熱 フ ラックスはバル. ク式 を用 い て 短 波 及 び 長 波 放 射 に よ る熱 交 換 を考 慮 した. 3. 大 阪 湾 臨 海 部 排 熱 量 の 推 定 (1) モ デ ル条 件 大 阪 湾 臨 海 部 の排 熱 規 模 が ど の程 度 で あ る か把 握 す る た め,既 存 建 物 を 対 象 と し,大 阪 市 都 市 計 画 局DBよ 1km×1kmで. 分 割 を行 っ た.鉛 直 方 向 に は σ座 標 を 用 い,. 20層 に分 割 した.. 海 部 の 設 定 は海 岸 線 よ り一 定 距 離d=500m,1000m, 2000m,5000mを. (2) 開 境 界 条 件 南 側 と西 側 の 開 境 界 条 件 と して,自 伝 播 を考 慮 した 条 件,鉛. 由 表 面 は重 力 波 の. 直 積 分 流 速 は 長 波 近 似 した条 件,. 3次 元 流 速 に は放 射 条 件 を用 い た.ま 位 と して,主. た,外 部 境 界 の 水. 要4大 分 潮 の 振 幅 ・遅 角 を与 え,一. 度計 算. を行 い,そ の ス ペ ク トル 解 析 の結 果 か ら,湾 内 の水 位 が. 対 象 と して(図‑3参. 5つ の建 物 用 途 分 類 毎 に想 定 範 囲 内 に お け る 臨 海 部 の 月 ・時 刻 別 排 熱 の 積 分 量 を求 め た.以 下 に手 順 を 示 す. 1.「 年 間 熱 負 荷 原 単 位(MJ/m2・ 年)× 月 別 負 荷 変 動 割 合 ×(1+1/COP)」 め る.. よ り月 別 原 単 位(MJ/m2・ 月)を 求. 2.「 月 別 原 単 位(MJ/m2・ 月)/そ の 月 の 日数 」 よ り 日別. (3) 乱 流 モ デ ル 排 熱 の 拡 散 に重 要 な 乱 流 モ デ ル につ い て は,Mellor‑ level 2.5モ デ ル,GLSモ. デ ル(Umlaufら,2003). の各 モ デ ル を 用 い て比 較 した.DBFレ. ー ダ ー に よ る沖 ノ. 潮 時 に お け る1日 平 均 残 差 流 の流. level 2.5モ デ ル を 用 い る こ と に. した.. 日)× 時 刻 別 負 荷 変 動 割 合 」. よ り時刻 別 原 単 位(MJ/m2・h)を. 求 め る.. 4.「時刻 別 原 単 位(MJ/m2・h)× 延 床 面積(m2)」 時刻 別 排 熱 量(MJ/h)を 年 間 熱 負 荷 原 単 位,お. よ り月 ・. 求 め る.. よ び 月 ・時 刻 別 負 荷 変 動 割 合 は空. 気 調 和 衛 生 工 学 会(2000)の. 値 を 用 い,冷 房 機 器 な どの. エ ネ ル ギ ー 消 費 効 率 の 目安 と して 使 わ れ るCOP(成. (4) 流 入 河 川 水 淡 水 の影 響 を 見 る た め に,流 入 河 川 水 は 大 阪 湾 に流 れ 込 む 河 川 の 中 で 流 量 の多 い淀 川,神. 原 単 位(MJ/m2・ 日)を 求 め る. 3.「 日 別 原 単 位(MJ/m2・. 動 観 測 と比 較 した 結 果,表 面 流 の パ タ ー ンの再 現 性 が 優 れ て い たMellor‑Yamada. 阪市計 画調. (2) 計 算 方 法. (図‑2参 照).. 瀬 環 流 域 の 小 潮 時,大. 照),大. 整 局 に よ る建 物 分 類 を 表‑1の よ う に整 理 した.. 天 文 潮 位 に適 合 す る よ うに 外 部 境 界 の 逆 推 定 を 行 っ た. Yamada. り7. 月 、8月 、9月 の冷 房 排 熱 を原 単 位 法 に よ り算 定 し た.臨. 崎川,大. 和 川,武. 庫. 数)は3と. 仮 定 し た.計. 算 例 と し てd=500mの. 績係. 場 合 の建. 物 用 途 毎 の 熱 負 荷 を 延 床 面 積 と と も に表‑2に 示 す..
(3) 1348 表‑2. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). 建 物用 途別 の年 間熱負 荷原 単位(空 気調 和衛 生工 学会, 2000)と 延 床面積(d=500mの. 例). 図‑4に 示 す の は,冷 房 排 熱 の 月 ・時 刻 別 負 荷 変 動 で あ. (a) 月別 負荷 変動(%). り,月 別 に み る と,全 建 物 用 途 に お いて8月 が 最 も高 い 割 合 とな っ て い る.特 に集 合 住 宅 と医 療 施 設 に関 して は, 8月 の 冷 房 排 熱 の 月 別 負 荷 変 動 は45%を. 超 え て お り,他. の月 との 差 が 激 しい と い う こ とが わ か る.そ の 他 の 建 物 用 途 の場 合 で は,7月. と8月 の冷 房 排 熱 の月 別 負 荷 変 動 は. ほ ぼ 同 じ割 合 を示 し,9月. に 減 少 す る と い う傾 向 が 見 ら. れ た.ま た,時 刻 別 に み る と,1時. か ら5時 に か けて 全 建. 物 用 途 に 共 通 して変 動 割 合 が 低 くな って い る.し か し, ピー ク の 時 間 帯 は建 物 用 途 に よ って 異 な っ て お り,集 合 住 宅 を 除 く建 物 用 途 で は,昼 間 も し く は夕 方 に迎 え て い るが,集. 合 住 宅 で は夜 に ピー ク を迎 え て い る.. 図‑5は,8月. に お け るd=500mの. (b) 時刻 別負 荷変 動(%). 場 合 の排熱 量 の時間. 図‑4. 変 化 を建 物 用 途 別 に表 した も の で あ り,住 宅 施 設 ・宿 泊. 冷房 排熱 負荷 の月 ・時刻 別変 動割 合. 施 設 ・医療 施 設 で 発 生 す る排 熱 量 は一 日を 通 して非 常 に 少 な い と い う こ とが わ か る.商 業 施 設 ・業 務 施 設 に お い て も,朝. と夜 は あ ま り排 熱 が 発 生 せ ず,主. に昼 間 に発 生. して い る とい う こ とが い え る.特 に商 業 施 設 で 発 生 す る 排 熱 量 が 多 く,14〜15時. に か けて 全 排 熱 量 の う ち の75%. 以上 が 商 業 施 設 で 発 生 す る と い う結 果 とな っ た. この よ う に,月. ・時 刻 に よ っ て排 熱 量 は 異 な る が,8. 月 の 日中 に発 生 す る排 熱 は突 出 して お り,こ れ が 夏 期 に お け る最 大 値 とな る.そ. こで 本 研 究 で は,こ れ を 時 間 平. 均 した 排 熱 量 を基 に,温 排 水 を 媒 体 と して海 域 へ 放 出 す る こ とを 想 定 した.排 熱 量 を 流 量 に換 算 す る式 は, 図‑5. 8月 に お け る 冷 房 排 熱 量 の 時 間 変 化(d=500mの. 場 合). (1) を用 い た.こ (J/h),Cpは 度 差(℃),ρ. こで,Qbarは 流 量(m3/s),Hurbは 比 熱(J/g・K),△Tは は密 度(kg/m3)を. ぞ れ1027.0(kg/m3),3.93(J/g・K)と 域 の温 度 差 は+7℃. 都市排 熱量. 温 排 水 と周 辺 海 域 の 温 表 す.密. 度,比 熱 は そ れ. し,温 排 水 と周 辺 海. と した.都 市 熱 の放 出 地 点 は水 平 方. 向 にお いて は北 緯34°39',東 経135°23'と し(図‑6(a)参 照), 最 下 層 の 格 子 か ら 西 向 き に 温 排 水 を 放 水 し た.森 (2007)が 示 した よ う に,比. ら. 較 的水温 の低 い底層 の海 水. 4.. 結 果 と考 察. 式(1)を 用 い て 臨 海 部 に お け る 排 熱 量 を 流 量 に 換 算 し た 結 果,d=500mで 2000mで. は7.0m3/s,d=1000mで. は13.5m3/s,d=5000mで. 図‑6,7は,大. な っ た.. 潮 ・小 潮 時 に つ い て 排 熱 量 の 大 き な8. 月 のd=500m,2000m,5000mの. ケースの表層 の流速 と. 排 熱 に よ る表 層 の水 温 上 昇 の水 平 分 布 を表 した もの で あ. を 取 水 して未 利 用 エ ネ ル ギ ー と して 活 用 す る こ と も考 え. る.d=500mの. られ るが,こ. 大 潮 時 に は 約0.34℃,小. こで は放 水 の み を 対 象 と す る.. は9.2m3/s,d=. は48.2m3/sと. ケ ー ス に お い て,水. 温 上 昇 の最大 値 は. 潮 時 に は 約0.1℃,d=2000mの.
(4) 数 値 シ ミュ レー シ ョンを用 いた大阪 湾へ の都 市排熱 放 出の影 響評 価. 1349. ケ ー ス に お い て は,水 温 上 昇 の 最 大 値 は大 潮 時 に は 約 0.42℃,小. 潮 時 に は 約0.13℃. とな っ た.し か し,想 定 す. る 中 で 最 大 の 流 量 で あ るd=5000mの. ケ ー ス に お い て,. 水 温 上 昇 の最 大 値 は大 潮 時 に は約1.3℃,小. 潮 時 に は約. 2.5℃ と な って お り,排 熱 の 影 響 が 大 き く寄 与 して い る と い う こ とが わ か る.大 潮 時 は,水 平 方 向 の熱 拡 散 が 大 き く,沖 側 に数 個 の 渦 対 が 見 られ,パ. タ ー ンは 同 じな が. ら も放 水量 に応 じて 温 度 差 の 強 度 が 大 き くな って い る こ と が わ か る.一 方,小. 潮 時 の 水 温 上 昇 は沿 岸 部 に集 中 し,. そ の 時 の 水 温 上 昇 は 大 きな 値 と な って い る.こ れ は潮 流 が 弱 く,移 流 拡 散 が 不 十 分 で あ る こ とが 原 因 と して 考 え られ る.さ. らに,d=5000mの. ケ ースの小潮 時 において. は,温 水 が 河 川 を遡 上 して お り,淀 川 にお け る表 層 水 の (a) d=500m. 水 温 上 昇 も大 き い. 図‑8は 排 熱 に よ る表 層 の 水 温 上 昇 が10C以 上 に な る面 積 を 示 して お り,d=2000mま. で の範 囲 で 発 生 す る 排 熱. 量 で は,潮 汐 に よ って 生 じる流 動 や 拡 散 に よ り,表 層 に は ほ と ん ど影 響 が 表 れ な い.し か し,d=5000mの. 範囲. で放 出 す る排 熱 量 で は,最 大 で 約30km2の 範 囲 で 表 層 の 水 温 が1℃ 以 上 上 昇 して お り,都 市 排 熱 が 海 域 へ 及 ぼ す 影 響 は大 き い. 最 後 に,図‑9は. 北 緯34°30'〜34°41',東. 経135°00'〜. 135°23'内 の 海 域 を 対 象 範 囲 と した 場 合 に お け る,排 熱 に よ る表 層 の平 均 水 温 上 昇 の 時 間 変 化 を示 して お り,海 岸 線 か ら2000mま で の 範 囲 で発 生 す る排 熱 量 を大 阪 湾 に 放 出 した場 合 で は,平 均 水 温 が 低 下 して い る 部 分 も あ り, (b) d=2000m. 海 水 面 の温 度 上 昇 は ほ とん ど見 られ な い こ とが わ か った. 排 熱 な しの 結 果 と比 較 して,排. 熱 放 出時 に海 水 温 度 が 一. 時 的 に下 が る領 域 は,放 水 流 に よ る底 層 の低 温 水 の湧 昇 で あ る と思 わ れ る.し か し,海 岸 線 か ら5000mの 範 囲 で 発 生 す る排 熱 量 で は,表 層 の平 均 水 温 は最 大 で約0.07℃ 上 昇 す る と い う結 果 と な って お り,先 ほ ど と同 様 に海 域 へ の 悪 影 響 も考 え られ る. 5. 結. 論. 本 研 究 で は,海 域 へ の都 市 排 熱 放 出 に よ る ヒー トア イ ラ ン ド対 策 の 実 用 化 に 向 け て,大 阪 湾 の熱 移 動 を シ ミュ レ ー トす る数 値 モ デ ル を構 築 した.つ い で,大 阪 湾 臨 海 部 の 排 熱 規 模 が ど の程 度 で あ るか 把 握 す るた め,海 岸 線 よ り 一定 距 離d=500m,1000m,2000m,5000mの. エ リ. ア を対 象 と して,夏 期 の 月 ・時 刻 別 の 冷 房 排 熱 量 を原 単 位 法 に よ り算 定 した.こ れ を 基 に,温 排 水 を 媒 体 と して. (c) d=5000m 図‑6. 大 潮 時 に お け る表 層 の 水 温 上 昇 の 分 布(コ. ン タ ー:排. 熱 あ り と排 熱 な しの 温 度 差,ベ. 速). ク トル:流. 都 市 排 熱 を 大 阪 湾 へ放 出 した 場 合 の シ ミュ レー シ ョ ンを 行 っ た.そ の 結 果,表 大 き く異 な っ た.ま. 層 の 水 温 上 昇 は大 潮 時 と小 潮 時 で た,d=2000mま. での範 囲で発生 す. る排 熱 量 で は,表 層 の 水 温 上 昇 が1℃ 以 上 に な る範 囲 は 0と 影 響 が な い こ とが わ か った.. 今 後,放 水 方 法 お よ び大 気 との 相 互 作 用 に つ い て 検 討 を 行 う予 定 で あ る..
(5) 1350. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). 図‑8. 表層 水温 上昇 が1℃以 上 の面 積 の時 間変化. 図‑9. 排熱 に よ る表層 の平 均水 温上 昇 の時間 変化. (a) d=500m. (b) d=2000m. 参. 考. 文. 献. 入 江政 安 ・中辻 啓 二 ・西 田修 三(2004): 大 阪 湾 にお け る貧 酸 素 水 塊 の 挙動 に関 す る数 値 シ ミュ レー シ ョ ン, 海 岸 工 学 論文 集, 第 51巻, pp.926‑930. 空気 調 和 衛 生 工 学 会(2000): SCHEDULE Ver2.0‑生 活 ス ケ ジ ュ ー ル 自動 生 成 プ ログ ラ ム‑. (c) d=5000m 図‑7. 小 潮 時 に お け る表 層 の 水 温 上 昇 の 分 布(コ. ン タ ー:排. 熱 あ り と 排 熱 な しの 温 度 差,ベ. 速). ク トル:流. 坂 井 伸 一 ・松 山 昌史 ・坪 野 考 樹 ・森 信 人 ・中辻 啓 二 ・西 田修 三 ・ 中 池 悦 朗 ・谷 川 陽 祐(2004): DBFレ ー ダ ー に よ る 沖 ノ 瀬 環 流 域 の広 域 流 動 観測,海 岸工 学 論 文集, 第51巻, pp.1416‑1420. 妹 尾 佳 和 ・中尾 正 喜 ・鍋 島美 奈 子 ・西 岡真 稔 ・鮫 島竜 一(2006): 都 市排 熱 処 理 の た め の工 業 用水 道 の 利 用 に関 す る研 究, 日本 建 築 学会 大 会 学術 講 演 梗概 集, pp.1311‑1312. 中尾 正 喜 ・中井 真 由美 ・西 岡 真 稔 ・鍋 島 美 奈子 ・森 信 人 ・矢 持 進(2007): 港 湾 内 に お け る夏 期 底 層 低 温 エ ネ ル ギ ー の利 用, 空 気調 和 ・ 衛 生 工学 会 学 術 講 演会, 4p. 松 梨 史 郎 ・坂 井 伸 一 ・角 湯 正 剛(1994): 冷 却水 取 放 水 を 利用 した 内 湾 の水 質 改善 効 果, 水 工 学 論 文集, 第38巻, pp.215‑222. 道 奥 康 治(1994): 成層 水 域 か らの 熱 エ ネ ル ギ ー抽 出 に 関 す る試 算, 水工 学 論 文 集, 第38巻, pp.229‑234. 森 信 人 ・大 石 智 洋 ・中尾 正 喜 ・中井 真 由美 ・重 松 孝 昌 ・矢 持 進 (2007): 港 湾 内未 利 用 エ ネ ル ギ ー利 用 と これ に関連 す る温 度成 層 の 特 性 把 握 に 関 す る研 究, 海 岸 工 学 論 文 集, 第54巻, pp.1316‑1320.. 謝 辞:本. 研 究 の 成 果 の 一 部 は,科. (20360263,代. 学研究 費補助金. 表:中 尾)に よ る も ので あ る.. Niemela, S., P. Raisanen and H. Savijarvi (2001): Comparison of surface radiative flux parameterizations, Atmospheric Research 58, pp.141-154. Shchepetkin, A.F. and J.C. McWilliams (2005): The regional oceanic modeling system (ROMS), Ocean Modeling, 9, pp.347-404. Umlauf, L. and H. Burchard (2003): A generic length-scale equation for geophysical turbulence models, Journal of Marine Research 61(2), pp.235-265..
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